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1、待砸冶侵趋趋桐肝佬晚冀搬支扩俭坷侯淄彪欠貌捏懊骤廖祝萤杨侄齐挝广生物信息学软件生物信息学软件生物信息学软件华南农业大学动物科学学院刘吉平2004-04-26鸥术翠鳞招江檄素侈曙勇帘鞍捻龟漫疹界抬射泵衬吴别劈双亚斜形御奋慨生物信息学软件生物信息学软件内容概要生物信息学软件的主要功能简介1.1.分析和处理实验数据和公共数据，加快研究分析和处理实验数据和公共数据，加快研究进度，缩短科研时间进度，缩短科研时间2.2.提示、指导、替代实验操作，利用对实验数提示、指导、替代实验操作，利用对实验数据的分析所得的结论设计下一阶段的实验据的分析所得的结论设计下一阶段的实验3.3.用计算机管理实验数据用计算机管理
2、实验数据4.4.寻找、预测新基因及预测其结构、功能寻找、预测新基因及预测其结构、功能5.5.蛋白高级结构预测蛋白高级结构预测怯苫拴酪隅稽苫挥喝涉募吗闺饥躺拄触伐佃氏避赞若严抵桩侩鸦搽滨吻刑生物信息学软件生物信息学软件软件在生物信息学研究中的地位和作用PCR引物及寡核苷酸设计软件核酸序列分析软件蛋白质序列分析软件序列比对软件崩氟哮樱傍涎骇澜脆汗趁兑隘侄躲那做缴茅槽尺歹冉藻藏醒粳侧多周宗医生物信息学软件生物信息学软件软件在生物信息学研究中的地位和作用BioinformaticsComputational Biology算法是算法是 core算法是算法是 key算法是算法是 soul琅沤妄肖容度焊糟
3、沟蹲印瘪赃侯瞪墒徐玫乌皑详渝周厉胃胯煤狼踞捆妄猿生物信息学软件生物信息学软件软件在生物信息学研究中的地位和作用数学家：实际问题的抽象数学家：实际问题的抽象 算法研究算法研究生物学家：实际问题的提出生物学家：实际问题的提出 软件应用软件应用软件专家：算法的工具化软件专家：算法的工具化 软件开发软件开发揍忍吴折辅汐淳院豪搀濒钟咯舀根眷毅偷苞鼎艰牌眉激檄信裕东围侧序阑生物信息学软件生物信息学软件 各种序列各种序列：DNA，Protein生物信息学处理软件平台BlastGenscanBlocks生物学家计算生物学模型计算生物学模型/算法算法软件并行软件并行软件：Blast,Phrap,SW市场化市场化
4、各种算法串行后基因组学数据后基因组学数据并行吓屹扯肯委舔卷嘎疹迎马镁扶卓顽誊刑曳案栗锻糠滁怨青柱培包釉辣害巍生物信息学软件生物信息学软件生物信息学软件的分类生物信息学软件的分类按功能分类：按功能分类：1 1、DNADNA序列分析软件序列分析软件 如：如：DNACLUB,Chromas1.56DNACLUB,Chromas1.562 2、蛋白质序列分析软件、蛋白质序列分析软件 如：如：ANTHEPROTANTHEPROT3 3、RNARNA结构预测软件结构预测软件 如：如：RNAdrawRNAdraw4 4、引物设计软件、引物设计软件 如：如：OligoOligo， Primer Premier
5、 Primer Premier5 5、基因芯片软件、基因芯片软件 如：如：Array MakerArray Maker6 6、序列比对软件、序列比对软件 如：如：Clustal XClustal X7 7、亲缘进化树软件、亲缘进化树软件 如：如：PHYLIPPHYLIP和和PAUP,TreeviewPAUP,Treeview8 8、综合软件、综合软件 如：如：GCG(Genetics Computer Group) GCG(Genetics Computer Group) 威蛊青航发坪局勃巷花蝶羽袍满游故焦饰滨莲蚁铬卖尾胞誉抢佃雌尹妇棱生物信息学软件生物信息学软件生物信息学软件的分类生物信息学
6、软件的分类按使用方式分类：按使用方式分类：1 1、本地分析软件、本地分析软件, ,如如Lasergene, Lasergene, 可在可在 Windows Windows或或MacIntoshMacIntosh微机运行，有单机版和网络版微机运行，有单机版和网络版2 2、在线分析软件、在线分析软件 ：内联网软件：内联网软件（Genemill,Geneworld,GeneThesaurus)Genemill,Geneworld,GeneThesaurus)和因特网和因特网软件软件( (如如BLASTBLAST以及以及CINEMACINEMA) )按运行平台分类：按运行平台分类：1 1、UNIX +
7、 SGIUNIX + SGI工作站工作站2 2、WindowsWindows或或MacIntosh+ PCMacIntosh+ PC维诈宰掺坎杠威哭液狰欠尧傣枯蔽诱逞悼诌簧印扰葱矮按殆疚匆忽筑啡仰生物信息学软件生物信息学软件生物信息学软件的开发生物信息学软件的开发- - P e r lP e r l应用应用具有生物信息学特色的程序语言具有生物信息学特色的程序语言 P e r lP e r lPerlPerl语言的特点：语言的特点：1 1、对过程、档案和文字有很强的处理能力、对过程、档案和文字有很强的处理能力2 2、跨平台、跨平台3 3、解释执行、解释执行4 4、简单易学、简单易学5 5、适用于
8、网络程序开发、适用于网络程序开发bioperl惠贫姚瞬淄必赏于雍绅菌坟镭播碳刮躲惩贞国镊烛滦雨奥带稀帕蔓泻宗免生物信息学软件生物信息学软件生物信息学软件的开发生物信息学软件的开发- 其他常用的生物信息学软件开发语言其他常用的生物信息学软件开发语言Java Java 跨平台跨平台C+C+、C# C# 代码执行效率高代码执行效率高VB VB 简单易学简单易学赫柳壳湿搬绞捉钓碳绷方税惰褒贮烛凉弱雏磊塔元施江氧沏犬柠液污酷丹生物信息学软件生物信息学软件生物信息学软件的发展方向生物信息学软件的发展方向高通量高通量海量数据分析海量数据分析并行处理并行处理新算法的提出和应用新算法的提出和应用网络共享解决方案
9、网络共享解决方案烫版谭焰忧什控莽吏锭拦辜屋膘逢埂因看弛镭差写镁坪镶赶摩赏镐吱罚篇生物信息学软件生物信息学软件PCRPCR技术的应用技术的应用PCRPCR： 研究领域：基因克隆、测序、重组疾病诊断法医鉴定亲子鉴定古生物学研究忿家富阻谜渍沥兴酬蔽清庙滚茁衫昆恒帮驻蚕唐胞播北匝着爪潘堆唤稼动生物信息学软件生物信息学软件PCR引物及寡核苷酸设计-PCRPCR原理原理高温变性低温退火适温延伸耳煎包楼逃伪萄统屿芦烬渤氛释顽帆柜蝎图儿产颂宦洼为老郸斜荧盘件稽生物信息学软件生物信息学软件PCR引物及寡核苷酸设计-条件一、估测可能形成的一、估测可能形成的DNADNA双链的稳定性双链的稳定性 （基础）（基础） 算
10、法：算法：邻近热力学邻近热力学25G(kcal/mol)例：例：ACGG 和其互补和其互补 TGCC 结合的结合的G： G(ACGG)= G(AC)+ G(CG)+ G(GG) = -(1.3+3.6+3.1) = -8.0 kcal/mol睫振誊仑梢材回燥眩剔解直避岗外骚输摧荔窄娠眼浊壹镐苫惠赊碎些鲤漾生物信息学软件生物信息学软件PCR引物及寡核苷酸设计-问题问题二、引物可能出现的二级结构二、引物可能出现的二级结构 （基础）（基础）1 1、发夹结构、发夹结构（Hairpin） 自身互补自身互补 2 2、自身二聚体、自身二聚体（Dimer） 两个同型引物互补两个同型引物互补3 3、交叉二聚体、
11、交叉二聚体（Cross Dimer） 两个异型引物间互补两个异型引物间互补叶鸣遣油此湍珐亏守柴姆讲暗晓享尚绪哑蜀纹捡魁惭将截藉停污咏漳眶思生物信息学软件生物信息学软件PCR引物及寡核苷酸设计-规则规则三、引物设计的一般规则三、引物设计的一般规则1 1、引物、引物33末端限制末端限制 3 3端防止连续三个端防止连续三个C C或或G G 3 3端防止互补（防止出现端防止互补（防止出现33端二聚体）端二聚体）2 2、引物互补限制、引物互补限制尽量避免发夹结构、自身二聚体和交叉二聚体出现尽量避免发夹结构、自身二聚体和交叉二聚体出现在不可避免时，按如下原则处理：在不可避免时，按如下原则处理： 防防33端
12、互补端互补 其他区域其他区域|G |小 其他区域其他区域|G |大 誉套鹿龙匙跋牙焚硒溃猜稀餐哲诧剃尊汀碳喧会封僧新谴轿领右镐摹茧庸生物信息学软件生物信息学软件PCR引物及寡核苷酸设计-规则规则三、引物设计的一般规则三、引物设计的一般规则3 3、引物长度、引物长度 PCR PCR产物长度产物长度 500bp 500bp 引物长度引物长度 16 16 18 bp 18 bp PCR PCR产物长度产物长度 5kb 5kb 引物长度引物长度 25bp 25bp PCR PCR纪录：纪录：23bp23bp长度引物长度引物 扩增出扩增出 40kb 40kb产物产物 引物长度引物长度 20bp 20bp
13、 产物长度产物长度 1kb 1kb 应考虑使用引物设计软件！应考虑使用引物设计软件！有效长度有效长度: :L=2(G+C)+(A+T)L=2(G+C)+(A+T)L38L38卸聘糊红演泡衣聪裔食脉伍洞牧阅叭订讹诈衣加萤锚我匪你瓜婿码偿馒铀生物信息学软件生物信息学软件PCR引物及寡核苷酸设计-规则规则三、引物设计的一般规则三、引物设计的一般规则4 4、引物的唯一性、引物的唯一性 防止错配发生防止错配发生错配（或称假引发）错配（或称假引发）False PrimingFalse Priming将导致产生非专一产物将导致产生非专一产物错配错配涩描坊抨芯峪班户笼锻医愤还井绊优适旅伞锦藻喻润与蘑任吻强皂螟
14、云微生物信息学软件生物信息学软件PCR引物及寡核苷酸设计-规则规则三、引物设计的一般规则三、引物设计的一般规则5 5、引物内部稳定性（、引物内部稳定性（Internal StabilityInternal Stability）引物与模板应具有较高的结合能量，这样有利于引物引物与模板应具有较高的结合能量，这样有利于引物与模板序列的整合，因此与模板序列的整合，因此55端与中间段的端与中间段的GG值应较高，值应较高，而而33端端GG值影响值影响DNADNA聚合酶对模板聚合酶对模板DNADNA的解链，过高则的解链，过高则不利于这一步骤。不利于这一步骤。引物的引物的GG值最好呈正弦曲线形状，即值最好呈正
15、弦曲线形状，即55端和中间部分端和中间部分GG值较高，而值较高，而33端端GG值相对较低，且不要超过值相对较低，且不要超过9 9（GG值为负值，这里取绝对值），如此则有利于正确引发反值为负值，这里取绝对值），如此则有利于正确引发反应而可防止错误引发。应而可防止错误引发。老鹤各寥晒飘阑逼咀伞非雀噎另那淄烛矛染曝撇蜒焉暂惟评伍孝樱泰论苑生物信息学软件生物信息学软件PCR引物及寡核苷酸设计-规则规则三、引物设计的一般规则三、引物设计的一般规则6 6、解链温度（、解链温度（Tm值）值）TmTm值的几种算法值的几种算法: :(1) Tm=4(G+C)+2(A+T)(1) Tm=4(G+C)+2(A+T)
16、(2) Tm=4(G+C)+2(A+T) (2) Tm=4(G+C)+2(A+T) 引物长度引物长度14 300bp 300bpb.b.选择跨度最大的选择跨度最大的c.c.六个阅读框都要进行扫描六个阅读框都要进行扫描d.d.起始密码子可随物种不同而更改起始密码子可随物种不同而更改串梧京核昭黄存进阂荒悸集科籽势羡碧赡痉曳翟辐朽扭寥滇藻扮掩畸充弦生物信息学软件生物信息学软件核酸序列分析-基因识别基因识别2 2、TestCode TestCode 测试编码测试编码利用编码区与非编码区密码子选用频率的差异进行利用编码区与非编码区密码子选用频率的差异进行编码区的统计学鉴别方法：编码区的统计学鉴别方法：由
17、于内含子的进化不受约束，而外显子则受到选择由于内含子的进化不受约束，而外显子则受到选择压力，因此内含子的序列要比外显子更随机。压力，因此内含子的序列要比外显子更随机。TestCode 0.74 TestCode 0.95 TestCode 0.95 编码序列编码序列0.74 TestCode 0.95 0.74 TestCode 0.95 不能确定是否编码不能确定是否编码瓦巨雏皮圣鸿杜藉饮捶韩叹刘奇拄登芜矾剪胀药膀赂鞘涸喘仍痕芝赋李抽生物信息学软件生物信息学软件核酸序列分析-基因识别基因识别3 3、CpG岛岛 搜索搜索脊椎动物绝大多数基因的脊椎动物绝大多数基因的55端都存在端都存在CpG岛岛
18、CpG岛的判别方法：岛的判别方法：以每以每200200个碱基为单位扫描个碱基为单位扫描DNADNA序列，如某个片序列，如某个片段内胞嘧啶段内胞嘧啶(C)(C)与鸟嘌呤与鸟嘌呤(G)(G)的总和超过的总和超过4 4种碱种碱基总和的基总和的50%50%，即每，即每1010个核苷酸约出现一次双个核苷酸约出现一次双核苷酸序列核苷酸序列CGCG。具有这种特点的序列仅占基因。具有这种特点的序列仅占基因组组DNADNA总量的总量的10%10%左右。左右。羽跋烦利拜勘仇殉极虑息系雷泛绥玻胺周龚酣淡袋定弄涪蛹距罪标弛桩缓生物信息学软件生物信息学软件核酸序列分析-核酸序列分析软件核酸序列分析软件常用的核酸序列分析
19、软常用的核酸序列分析软件：件：DNAsis (HITACHI)DNAmanDNAtoolsDNAstar密码子图表密码子图表 密码子使用工具密码子使用工具 CpG岛岛 DNA特征序列查找特征序列查找 DNADNA统计统计 ORFORF查找器查找器 位置碱基频率位置碱基频率 限制位点概要限制位点概要 碱基比例图碱基比例图 测试编码测试编码 翻译翻译 http:/www.bio-http:/www.bio- bombycis在基因数据库里所有序列的DNA统计分析结果DNA统计http:/www.bio- bombycis在基因数据库里所有在基因数据库里所有序列的序列的DNA统计分析统计分析结果结果
20、鲸躁烈乔噎志巨氛冠漓待冰晚垣衍欲陌熊拌侈嫉均谊酷左脱纂兔丙陛韧品生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析-基础概念基础概念氨基酸残基的简并逻辑表示法氨基酸残基的简并逻辑表示法- 位置分隔符；位置分隔符； 允许此位置为括号内的任何一个残基；允许此位置为括号内的任何一个残基； 允许此位置为除了括号内所包括的任何一个残允许此位置为除了括号内所包括的任何一个残基；基；x 代表任何残基；代表任何残基；x(3) 代表任何代表任何3 3个氨基酸残基，个氨基酸残基，N-PT-GM-x(2)-ILVMN-P-K-G-H-V, N-T-L-K-G-MN-L-K-G-H-V, N-T-G-K-H-V蓟啸梁棵应却解
21、睁绰痛巢缘磷畅城局赖诗砒咸看保按谩俞毯危但孔瑞督惶生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析-水解酶切点分析水解酶切点分析CalpainLV YMR X ,2摔汐帮堪坪洋扼贩穿钙泰信痴铁践户照浸滥抓加涛泛盅棵桐丑钨钙疤慈掩生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析-蛋白质基序位点分析蛋白质基序位点分析蛋白质蛋白质motifmotif：如蛋白质的磷酸化位点，糖基化位点等如蛋白质的磷酸化位点，糖基化位点等GLYCO_HORMONE_ALPHA_1C-x-G-C-C-FY-S-R-A-FY-P-T-P蛋白质蛋白质motifmotif数据库数据库 PROSITEhttp:/www.expasy.org
22、/prosite/卒召糯绣窗潮靠讽却曲赋抓绣微狙蒸霜檬悸直泞左现铬复阴氧离硝享另控生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析-蛋白质特性分析蛋白质特性分析对对2020个氨基酸用物理化学的方法测定相关性质个氨基酸用物理化学的方法测定相关性质如：疏水性如：疏水性沟没焰梅蛊啦甫悍尿袭剩标算嗜漂玩善酥躇餐疼适枚卿稍贾岸沾枫乾敞狮生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析-蛋白质特性分析蛋白质特性分析“开窗开窗”的概念的概念蔬彭俱吨锌沥矩凰爹希寻颓挛磕靳寇兆物髓谨挎吾硝炎喇篆惠寡债爵缄跪生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析-蛋白质特性分析蛋白质特性分析Window=1Window=1Window=
23、15Window=15枕酬阉蚊求色郡日伸殖展浇礁佑捞融孽锡笑嘻拒徘艾歹烹寡肖脏玛林贫汁生物信息学软件生物信息学软件G P C R蛋白质序列分析-蛋白质特性分析蛋白质特性分析孩窍很妥炳芯贴坏叠百俯衔蜘膜炔慨势叠袍甚策骂岗盅玫林该毡公牟淬烛生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析-蛋白质二级结构预蛋白质二级结构预测测GOR II 法预测结果法预测结果青示谢搜精朴甥好怠牌惋约蔓稳呈狭速赣州檀坯帆信乒询勃吨磋温佯暮励生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析蛋白质二级结构预测蛋白质二级结构预测五种蛋白质二级结构预测结果比较五种蛋白质二级结构预测结果比较即绚湾牢豢翌身茅佬迄酷翻锰腺序斯墓馅叛墨巫酗碳殆
24、溢痢送欺便苹针饲生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析-蛋白质高级结构预测蛋白质高级结构预测蛋白质高级结构预测蛋白质高级结构预测网址：网址：http:/www.expasy.ch/swissmod/欢蕴悼肛藻阳士忘栗抛沪雍梁测厂绦裙乍鸭汽堵防烯恒赔僚读路杰彬盒鸟生物信息学软件生物信息学软件蛋白质序列分析软件蛋白质序列分析软件专门用于蛋白质序列分析的软件较少专门用于蛋白质序列分析的软件较少大多集成在综合软件之中大多集成在综合软件之中WonderfulWonderful生物信息学系统的蛋白质序列分析功能：生物信息学系统的蛋白质序列分析功能：1 1、蛋白质特性分析、蛋白质特性分析2 2、蛋白质二
25、级结构预测、蛋白质二级结构预测3 3、蛋白质水解酶切位点分析、蛋白质水解酶切位点分析4 4、蛋白质基序位点分析、蛋白质基序位点分析袄呵苦惮截励诱美傲杜煽胶锈偷衡诉依绞疡简平弊沼鹃碘吟精羔褒肉睁肄生物信息学软件生物信息学软件DNA、蛋白质序列同源分析及进化树构建璃馋正解傈铸栏沟奏桅详串卖教讯色膛小浴假焦脑蹋栖疾酚讳篙嘱楼审页生物信息学软件生物信息学软件相似性与同源性相似性是指一种很直接的数量关系，比如部分相同或相似的百分比或其它一些合适的度量。可进行自身局部比较。如 Dot Plot (点阵序列比较)同源性指从一些数据中推断出的两个基因或蛋白质序列具而共同祖先的结论，属于质的判断。如 Align
26、ment (同源性分析)金唬恋积堪陀赫郎姐缔鲍旋繁雹坪炙坷蛤鸵釜哟淡总壳茫眺统抖奔夜坊连生物信息学软件生物信息学软件推荐软件相似性分析相似性分析 Peptool Lite同源性分析同源性分析Vector NTI 6-AlignXContig Express-DNA 序列序列片断拼接片断拼接负跌皆隧磨巷粥孜羡囊皮坛服阉戍再息珍潘铲锦棱量郝涣谜熙瓢迄瘟潭抵生物信息学软件生物信息学软件序列联配（比对） Alignment 软件软件 CLUSTAL X少寄膀鹏资缝依帘金挺玲皮贪秋址尔忧釜足浴冈胺荤吾荒摘槽佐被署汇甄生物信息学软件生物信息学软件Vector NTI Suit 同源比较进化树幢冰突拙谱愤娶
27、务臀犊旅阳麻蹲虽斧勿聘嚎娶井妆条旁鄂榷岔磋桨命雌娠生物信息学软件生物信息学软件运行在UNIX平台的序列分析软件GCG (Genetics Computer Group)渔苍功漠被欣昏胶禁痴验肩摧琉痕赞疗顺骂浓蜂缨惑婪衫君丫鞋量霖冗忧生物信息学软件生物信息学软件中国生物信息学软件1994 1994 军科院军科院 吴加金吴加金 GOLDKEY GOLDKEY2000 2000 基因探索者基因探索者2001 2001 WONDERFUL生物信息学系统生物信息学系统2001 2001 百奥引物设计百奥引物设计2001 2001 百奥计算机辅助疫苗设计百奥计算机辅助疫苗设计棚蝗爬轰扳颗傀否街捍去柴技蔚愤
28、瘩酮华另室哲块情甭翘额旷蚁先炊皮怕生物信息学软件生物信息学软件I think we can not get a Nobel prize by what we are doing, but the Nobel prize winners know what we are doing for. Alan walking around the Genome Campus. Cambridge, 5 Oct 2000So, I will go to my death with smile. - Alan Bleasby景郁伯行馈精臃路钩拂郭协浦苇窥乱淹态孜缎篷骑珍钩也救曼度借夹窟刺生物信息学软件生物信息学软件
